复合相变储能材料作为存储热能的功能材料在建筑节能、太阳能热利用、宇航工程隔热保温、电力系统移峰填谷、微电子芯片散热等领域有着广泛的应用前景。由于多种材料之间相互耦合,复合相变材料中相变传热过程具有非线性的特征。目前,对复合相变材料的宏观传热特征尚未充分认识,复合相变材料的介观和微观尺度传热机理也尚未阐明。本文首先应用分子动力学方法从微观尺度对相变材料的相变传热微观机理进行了研究。在此基础上,分别建立了复合相变材料宏观尺度和介观尺度的物理模型,并采用有限容积法、格子Boltzmann方法对相变传热过程进行了数值模拟。然后实验研究了复合相变材料的有效导热系数,并可视化观测了孔隙尺度相变传热过程。最后本文研究了集成复合相变材料的储能型太阳能集热器的集热性能。本文的主要内容和结论如下:(1)复合相变储能材料宏观尺度数值模拟研究。建立了不同组合形式复合相变储能材料的物理模型,数值模拟了定温条件下相变材料的温度场。考虑了有效导热系数、二元相变材料融点、多孔介质孔隙率等影响因素,采用显热容方法处理相变过程,模拟了复合相变材料温度场、流场和相的分布特性。研究结果表明:复合相变材料较单一相变材料在传热和蓄热方面具有较大优势;二元组合式复合相变材料兼具蓄热良好和传热过程快的特点;多孔介质复合相变材料传热过程中温度变化最快。(2)多孔介质复合相变储能材料介观尺度数值模拟研究。基于分形布朗运动方法和随机生成方法构建了多孔介质模型,分析研究孔隙尺度下多孔介质内部孔隙形状以及内部连通结构特性。基于局部非热平衡条件下的双分布函数模型,考虑多孔介质骨架与复合相变材料之间的传热过程,采用焓法处理相变过程,模拟了复合相变材料在孔隙结构内融化和运动形态。研究结果表明:高热导率的金属多孔骨架结构优先于复合相变材料接受来自定温壁面的传热。通过金属骨架的热传导在整个过程传热机理中起到主导作用。由于金属多孔骨架的存在,极大地抑制了液态相变材料的对流效应。(3)相变传热微观尺度数值模拟研究。建立了固态正十八烷的分子动力学模型,应用反向非平衡分子动力学方法,分析了相变材料的微观传热机理。基于Monte Carlo方法,研究了相变过程分子位置的变化,揭示了微观尺度下相变过程分子的动力学行为。研究结果表明:基于非平衡理论的分子动力学方法可以得到相变材料温度变化特性曲线,从而可以准确预测其导热系数;使用Monte Carlo方法可以有效预测物质的相变点。(4)复合相变材料相变传热的实验研究。设计并搭建了一套用于测定复合相变材料有效导热系数的实验装置。建立了复合相变材料导热系数的宏观理论模型,并通过实验对其进行了验证。开展了多孔介质复合相变材料相变传热的可视化实验,揭示了宏观尺度和孔隙尺度下多孔介质复合相变材料相变过程的差异,实验测试的结果验证了本文采用有限容积法和格子Boltzmann方法模拟相变传热过程结果的可靠性。(5)集成复合相变材料的太阳能平板集热器应用研究。建立了二维太阳能平板集热器物理模型,使用二元石蜡-月桂酸复合相变材料作为储能材料,研究了在冬夏两季典型气象条件下,集热器内温度变化情况。研究结果表明,与未填充泡沫金属的相变储能平板集热器相比,泡沫金属的加入使得集热器整体温度分布更为均匀;集热器内相变材料的融化率大为提高;集热器可在冬季工况下使用,从而可用于无水箱环境下在全年提供生活热水。本文采用理论和实验相结合的方法研究了复合相变储能材料特别是多孔介质复合相变材料的传热特性,分析了复合相变材料强化传热的影响因素,探索了复合相变储能材料在太阳能光热利用领域的应用潜力。本文研究对复合相变材料相变和热传输规律的研究具有重要价值;研究结果将进一步完善泡沫金属复合相变材料内流动与传热的理论,同时对于泡沫金属复合相变材料在太阳能储能等领域的应用提供理论指导和技术支撑。